EP4281903A1 - Kartenkörper für eine chipkarte und chipkarte - Google Patents

Kartenkörper für eine chipkarte und chipkarte

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EP4281903A1
EP4281903A1 EP22700705.1A EP22700705A EP4281903A1 EP 4281903 A1 EP4281903 A1 EP 4281903A1 EP 22700705 A EP22700705 A EP 22700705A EP 4281903 A1 EP4281903 A1 EP 4281903A1
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EP
European Patent Office
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area
slot
chip
module
card
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EP22700705.1A
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French (fr)
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Michael Baldischweiler
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Giesecke and Devrient ePayments GmbH
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Giesecke and Devrient ePayments GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a card body for a chip card and a chip card comprising a card body.
  • DI dual-interface
  • SPS two-coil system
  • the chip module is inserted into a cavity or module opening in the card body.
  • Such a card works by using a chip module that itself contains a coil (coil-on module). This coil couples to the card body with a metal core. This pairing only works if a slot is included in the metal card body.
  • the cavity design has hitherto been selected in such a way that, due to electromagnetic aspects, the largest possible cavity or module opening is selected in order to increase the energy input into the chip module. However, this reduces the mechanical stability of the module.
  • a card body for a chip card having a module opening for receiving a chip module with a coil, comprises a metal layer with a slot that extends from an outer edge of the metal layer to the module opening, and a plastic layer on a Side of the metallic layer is applied.
  • the module opening here comprises a blind hole cut out in the plastic layer and the metallic layer and an outer area surrounding the blind hole, which is only cut out to a part of the height of the plastic layer in this, with the metallic layer in the outer area at least another slot is provided.
  • a basic idea of the present invention is to introduce additional slots or incisions in the outer area of the module opening.
  • the other slots bring about a bundling of the magnetic field lines, a reduction in eddy currents and improved coupling of the windings of the coil.
  • the metallic layer is present in the outer area, so that formation of the magnetic flux around the individual windings of the coil and also the coupling between the individual windings is suppressed. While there is magnetic coupling between the individual turns in the area of the blind hole, where there is no metal layer, and thus the quality of the coil is increased, the coupling is suppressed in the area of the metal body.
  • the formation of the magnetic flux is also compressed and the magnetic flux also generates eddy currents in the metal body. This means that a considerable part of the energy absorbed by the chip card is lost through the generated eddy currents.
  • the further slit or slits now make it possible to provide a small module opening so that the module is stable in the card body, but still to implement a high energy input for the small module opening. The greater the energy input, the better the performance of the chip card.
  • the additional slit or slits in the corner areas of the module opening enlarge the electrically active surface for energy transmission to a certain extent. At the same time, however, the module opening is not enlarged over the entire area, so that the mechanical stability of the smaller module opening is retained.
  • the additional slot or slots in the corner areas of the module opening enable the mechanical design of a smaller module opening with the electrical energy input of a larger module opening.
  • the coupling of energy into the metal card is significantly improved, the performance in the chip card increases.
  • the additional slots result in a reduction in the eddy currents and an optimization of the magnetic field.
  • this enables the magnetic field strength to build up more quickly on a coil of the chip module, which allows the chip or the processor to start up more quickly.
  • a higher magnetic field strength is made possible on a coil of the chip module, which allows faster operation due to a higher operating frequency of the chip or the processor.
  • additional slots is used to conceptually differentiate these additional slots in the outer area of the module opening from the slot in the metal core, which is used to limit eddy currents. These additional slots are described below in the form of corner slots and parallel slots. Provision can be made for at least one corner slot to extend in a slot area of the outer area, starting from a corner area of the blind hole. These slits starting from the corners enable the previously described field optimization effects.
  • One to four corner slits can be provided, with each additional slit extending into the metallic layer from a different corner region of the module opening.
  • the energy input can already be increased with a slit. With four preferably symmetrically arranged slots, the energy input can be further increased.
  • the at least one corner slot has a length of 1 mm to 2 mm. Measurements have shown that a good energy input can be achieved with such lengths.
  • These slots which run parallel to the circumference or the walls of the blind hole or the module opening, enable the field optimization effects described above.
  • One to four parallel slots can be provided, with each additional slot extending in the metallic layer in a different wall area of the module opening.
  • the energy input can already be increased with just one slit. With four preferably symmetrically arranged slots, the energy input can be further increased.
  • the distance between the at least one parallel slot and a wall of the blind hole is between 0.8 mm and 1 mm. It has been shown that this distance offers good energy input in relation to the slot length.
  • a further plastic layer is applied to a second side of the metallic layer, opposite the one side, and that the inner area of the module opening extends into the further plastic layer.
  • the metallic layer or the metallic core is thus completely broken in the area of the module opening, which improves the electrical conditions, in particular the energy transmission.
  • the slit area of the outer area and an unslit area of the outer area are of the same size. This symmetrical arrangement of the two areas has proven to be effective for good energy input.
  • a chip card according to the invention comprises a card body as described above and a chip module with a coil that is at least partially embedded in the module opening of the card body.
  • the chip module has a base body that carries the coil and that the base body is in the outer region of the module Opening rests on the plastic layer. In this way, direct electrical contact between the chip module and the metallic layer can be avoided in a simple manner.
  • the chip module and the card body only communicate with each other via the coils.
  • 2/3 of the turns of the coil of the chip module can be used for the energy input.
  • 2/3 of a bearing surface of the chip module can be used for a mechanical connection.
  • the slot area is used twice, namely electrically for the energy input and mechanically for a stable mounting of the chip module.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a chip card with card body and chip module
  • Fig. 4 a schematic representation of the magnetic flux in a
  • Fig. 5 a detail of the module opening of the sectional view of the chip card from Figure 1.
  • Fig. 1 shows a card body 10 for a chip card 20.
  • the chip card 20 here comprises the card body 10 and a chip module 30.
  • the card body 10 comprises a metallic layer 11, for example in the form of a core or a layer of stainless steel alloy with a thickness of 400 ⁇ m.
  • a main side or surface of the card body 10 is covered or laminated with a plastic layer 12 .
  • An opposite second main side or surface of the card body 10 is covered or laminated with a further plastic layer 13 .
  • the two plastic layers 12, 13 can be made of PET, PC, PVC or PP, for example, and have a thickness of 200 ⁇ m.
  • the thickness of the card body 10 should not exceed the maximum thickness of a chip card body according to ISO 7810.
  • a module opening 14 is recessed in the main face or surface of the card body 10 .
  • the module opening 14 extends through the entire plastic layer 12, the entire metallic layer 11 and part of the plastic layer 13.
  • the module opening 14 is created, for example, by means of a laser work step or a milling work step.
  • the module opening 14 has a blind hole 14a cut out in the plastic layer 12 and the metal layer 11 and an outer area 14b surrounding the blind hole 14a, which is cut out only over part of the height of the plastic layer 12 in the latter.
  • the chip module 30 is arranged in the module opening 14 and glued there, for example.
  • the chip module 30 includes a base body 31 which carries the coil 32 .
  • the base body 31 is in the outer region 14 b of the module opening 14 on the plastic layer 12 .
  • the chip module 30 also includes a chip 33 which is fastened to an underside of the base body 31 in a casting compound, for example.
  • the chip 33 is supplied with energy and/or signals via the coil 32 .
  • An electromagnetic field emerging from the metallic layer 11 can thus be coupled into the coil 32 .
  • a card body 10 is shown in plan view.
  • a slot 15 is provided in the metallic layer 11 and extends from an outer edge of the metallic layer 11 to the module opening 14 .
  • the slot 15 is shown on a left-hand side; the slot 15 can also be arranged on a right-hand side of the card body 10.
  • the slot 15 serves to avoid eddy currents.
  • the slit 15 has, for example, a width between 30 ⁇ m and 100 ⁇ m, preferably between 50 ⁇ m and 80 ⁇ m.
  • the slit 15 serves to prevent eddy currents in the vicinity of the module opening 14 and is therefore formed in the metallic layer 11 .
  • the slot 15 is usually formed in the metal layer 11 before it is laminated to the plastic layers 12 and 13 . It is therefore common for the slot 15 to run only in the metallic layer 11 and not in the plastic layers 12 and 13.
  • At least one corner slot 16 is provided in the metallic layer 11 and extends, starting from a corner area of the blind hole 14a, into a slot area 14c of the outer area 14b.
  • four corner slots 16 are provided, each extending at an angle of 45° to an edge of the module opening 14 .
  • Each of the corner slits 16 has a length of 1mm to 2mm.
  • At least one parallel slot 17 is further provided in a slot area 14c of the outer area 14b, which extends parallel to a wall of the blind hole 14a.
  • a length of the parallel slot 17 corresponds at least to the length of a wall of the blind hole 14a.
  • the distance between the parallel slot 17 and a wall of the blind hole 14a is between 0.8 mm and 1 mm.
  • four parallel slots 17 are provided, each of which runs parallel to one of the four walls of the blind hole 14a.
  • the individual parallel slots 17 and corner slots 16 are formed separately from one another, so that they are not connected to one another outside of the blind hole 14a.
  • the parallel slits 17 and corner slits 16 may be formed in any combination. It is thus possible to have only parallel slits 17, only corner slits 16 or both types of slits. For each of the two types of slits, one, two, three or four slits can be provided in the slit region 14c.
  • the module opening 14 has dimensions of 8 mm by 9 mm and a depth of approximately 250 ⁇ m.
  • FIG. 3 shows a bottom view of the chip module 30 with a central contact area 34 for connecting the chips (not shown here) or an integrated circuit.
  • the turns of coil 32 surround contact area 34. In this example, coil 32 has fifteen turns.
  • the coil 32 serves to transmit signals and/or to input energy for the chip of the chip module.
  • 4 shows a schematic representation of the magnetic flux in a region of the chip module 30.
  • the coil 32 is arranged with its individual windings 35 on a module tape 36, for example.
  • Fig. 4 shows the course of the magnetic flux 37 around the individual turns 35 of the coil 32. While in the area of the module opening 14 or the blind hole 14a, a magnetic coupling occurs between the individual turns 35 and thus the quality of the coil 32 is increased Area of the metal body suppresses the coupling. The formation of the magnetic flux 37 is also compressed and the magnetic flux 37 also generates eddy currents in the metal body. This means that the energy absorbed is lost through the generated eddy currents.
  • the suppressing influence of the metallic layer 11 is eliminated or at least reduced by the parallel slits 17 and/or the corner slits 16 .
  • a magnetic coupling between the individual windings 35 takes place here, as a result of which the energy input is increased.
  • Fig. 5 shows a detail of the module opening 14 of the sectional view of the chip card 20 from Figure 1. Shown is the module opening 14 in the plastic layer 12, the metallic layer 11 and the plastic layer 13. The module opening 14 has a blind hole 14a and an outer region 14b surrounding the blind hole 14a, which is only part of the height of the plastic layer 12 in this one is excluded.
  • a corner slot 16 is shown here in the metallic layer 11, which, starting from a corner area of the blind hole 14a, extends into a slot area 14c of the outer area 14b.
  • the corner slot 16 extends at an angle of 45° to an edge of the module opening 14 and has a length of 1 mm to 2 mm.
  • a parallel slot also runs in the slot area 14c of the outer area 14b.
  • the slit area 14c of the outer area 14b and a remaining, unprotected area of the outer area 14b are of the same size in this example.
  • the remaining, unslit area of the outer area 14b surrounds the slit area 14c of the outer area 14b. It has been shown that this arrangement represents a good compromise between mechanical stability and electrical performance of the chip.
  • the slot area 14c of the outer area 14b and the remaining, unprotected area of the outer area 14b can be of the same size and the coil 32 can cover the blind hole 14a of the module opening 14, the slot area 14c of the outer area 14b and the remaining, unslotted area of the cover the outer area 14b of the module opening 14 by one third each.
  • This arrangement has also been shown to represent a good compromise between mechanical stability and electrical performance of the chip. The performance of the chip and thus of the chip card depends on how quickly a minimum amount of magnetic field strength can be built up at the coil 32 and how quickly this increases.
  • the energy input is sufficient for operation of the chip.
  • This minimum amount can be, for example, 1.5 amperes per meter (A/m).
  • the corner slits 16 and the parallel slits 17 favor the propagation of the electromagnetic field to the coil 32, so that the minimum amount of the magnetic field strength at the coil 32 can be reached quickly.
  • the corner slots 16 and the parallel slots 17 reduce the formation of eddy currents, which further improves the energy input into the chip card.
  • the increase in magnetic field strength across coil 32 determines when the chip will reach its maximum performance. There is usually a saturation range in which the performance of the chip does not increase further despite increasing magnetic field strength.
  • the performance of the chip can be specified, for example, in arithmetic operations per unit of time such as one second.
  • the corner slits 16 and the parallel slits 17 promote the increase in the electromagnetic field on the coil 32, since the corner slits 16 and the parallel slits 17 enable better and faster propagation of the electromagnetic field and thus the magnetic field strength on the coil 32 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kartenkörper (10) für eine Chipkarte (20), umfassend eine Modulöffnung (14) zum Aufnehmen eines Chipmoduls (30) mit einer Spule (32), mit einer metallischen Schicht (11) mit einem Schlitz (15), der sich von einer Außenkante der metallischen Schicht (11) zu der Modulöffnung (14) erstreckt, und mit einer Kunststoffschicht (12), die auf einer Seite der metallischen Schicht (11) aufgebracht ist. Die Modulöffnung (14) umfasst ein in der Kunststoffschicht (12) und der metallischen Schicht (11) ausgenommenes Sackloch (14a) und einen das Sackloch (14a) umgebenden äußeren Bereich (14b), der nur zu einem Teil der Höhe der Kunststoffschicht (12) in dieser ausgenommen ist. In der metallischen Schicht (11) in dem äußeren Bereich (14b) ist mindestens ein weiterer Schlitz (16, 17) vorgesehen.

Description

Kartenkörper für eine Chipkarte und Chipkarte
Die Erfindung betrifft einen Kartenkörper für eine Chipkarte sowie eine Chipkarte umfassend einen Kartenkörper.
Es werden Kartenkörper mit einem metallischen Kern in Form einer metallischen Kernschicht oder eines metallischen Kernelements betrachtet, sowie Karten mit Dual-Interface (DI)-Funktionalität, bei denen der Kartenkörper zum Teil bzw. komplett aus Metall besteht. Die Energiekopplung von DI-Systemen mit einem zwei Spulensystem (SPS) erfolgt durch Metallaufbauten mit einem Spalt, bei dem der Magnet-/ Stromfluss in den Metallflächen umgeleitet wird.
Das Chipmodul wird in eine Kavität oder Modulöffnung des Kartenkörpers ein- gesetzt.
Der Funktionsweise einer solchen Karte besteht darin, dass ein Chipmodul ver- wendet wird, das selbst eine Spule enthält (Coil On Modul). Diese Spule koppelt auf den Kartenkörper mit einem Metallkern. Diese Kopplung funktioniert nur dann, wenn im Metallkartenkörper ein Schlitz enthalten ist.
Das Kavitätsdesign wird bislang so gewählt, dass aufgrund elektromagnetischer Aspekte eine möglichst große Kavität oder Modulöffnung gewählt wird, um so den Energieeintrag in das Chipmodul zu erhöhen. Dadurch wird jedoch die me- chanische Stabilität des Moduls verringert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, auch bei kleineren Modulöff- nungen einen größeren Energieeintrag in das Chipmodul zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch einen Kartenkörper für eine Chipkarte sowie eine Chipkarte umfassend einen Kartenkörper gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbil- dungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Ein erfindungsgemäßer Kartenkörper für eine Chipkarte, aufweisend eine Modul- öffnung zum Aufnehmen eines Chipmoduls mit einer Spule, umfasst eine metalli- sche Schicht mit einem Schlitz, der sich von einer Außenkante der metallischen Schicht zu der Modulöffnung erstreckt, und eine Kunststoffschicht, die auf einer Seite der metallischen Schicht aufgebracht ist. Die Modulöffnung umfasst hierbei ein in der Kunststoffschicht und der metallischen Schicht ausgenommenes Sack- loch und einen das Sackloch umgebenden äußeren Bereich, der nur zu einem Teil der Höhe der Kunststoffschicht in dieser ausgenommen ist, wobei in der metalli- sehen Schicht in dem äußeren Bereich mindestens ein weiterer Schlitz vorgesehen ist.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, weitere Schlitze oder Einschnitte in dem äußeren Bereich der Modulöffnung einzubringen. Die weiteren Schlitze bewirken eine Bündelung der magnetischen Feldlinien, eine Re- duktion von Wirbelströmen sowie eine verbesserte Kopplung der Windungen der Spule.
In dem äußeren Bereich ist die metallische Schicht vorhanden, so dass eine Aus- bildung des magnetischen Flusses um die einzelnen Windungen der Spule und auch die Kopplung zwischen den einzelnen Windungen unterdrückt wird. Wäh- rend im Bereich des Sacklochs, wo keine metallische Schicht vorhanden ist, eine magnetische Kopplung zwischen den einzelnen Windungen entsteht und somit die Güte der Spule erhöht wird, wird im Bereich des Metallkörpers die Kopplung unterdrückt. Die Ausbildung des magnetischen Flusses ist zudem gestaucht und der magnetische Fluss erzeugt zudem Wirbelströme im Metallkörper. Dies bedeu- tet, dass die von der Chipkarte aufgenommene Energie zu einem erheblichen Teil durch die erzeugten Wirbelströme verloren geht. Durch den oder die weiteren Schlitze ergibt sich nun die Möglichkeit, eine kleine Modulöffnung vorzusehen, damit das Modul stabil im Kartenkörper ist, aber den- noch einen für die kleine Modulöffnung hohen Energieeintrag zu realisieren. Je größer der Energieeintrag ist, desto besser ist die Performance der Chipkarte.
Dies hat den Vorteil, dass die mechanische Stabilität erhöht wird und dennoch der Energieeintrag hochgehalten werden kann. Der oder die weiteren Schlitze in den Eckbereichen der Modulöffnung vergrößern gewissermaßen die elektrisch aktive Fläche zur Energieübertragung. Gleichzeitig wird aber die Modulöffnung nicht vollflächig vergrößert, so dass die mechanische Stabilität der kleineren Modulöff- nung erhalten bleibt. Zusammengefasst ermöglichen der oder die weiteren Schlit- ze in den Eckbereichen der Modulöffnung das mechanische Design einer kleineren Modulöffnung mit dem elektrischen Energieeintrag einer größeren Modulöff- nung.
Da erfindungsgemäß die Energieeinkopplung in die Metallkarte wesentlich ver- bessert ist, steigt die Performance in der Chipkarte. Durch die weiteren Schlitze ergibt sich eine Reduzierung der Wirbelströme und eine Feldoptimierung des magnetischen Felds. Dadurch wird zum einen ein schneller Aufbau der magneti- schen Feldstärke an einer Spule des Chipmoduls ermöglicht, was einen schnelle- ren Start des Chips oder des Prozessors erlaubt. Zum anderen wird eine höhere magnetische Feldstärke an einer Spule des Chipmoduls ermöglicht, was einen schnelleren Betrieb infolge einer höheren Betriebsfrequenz des Chips oder des Prozessors erlaubt.
Der Begriff „weitere Schlitze" dient zur begrifflichen Abgrenzung dieser weiteren Schlitze in dem äußeren Bereich der Modulöffnung gegenüber dem Schlitz im Me- tallkern, der zur Begrenzung von Wirbelströmen dient. Im Folgenden werden die- se weiteren Schlitze in Form von Eckschlitzen und Parallelschlitzen beschrieben. Es kann vorgesehen sein, dass sich mindestens ein Eckschlitz in einem Schlitzbe- reich des äußeren Bereichs von einem Eckbereich des Sacklochs ausgehend er- streckt. Diese von den Ecken ausgehenden Schlitze ermöglichen die zuvor be- schriebenen Effekte der Feldoptimierung. Es können ein bis vier Eckschlitze vor- gesehen sein, wobei sich jeder weitere Schlitz von einem anderen Eckbereich der Modulöffnung in die metallische Schicht erstreckt. Bereits mit einem Schlitz kann der Energieeintrag gesteigert werden. Mit vier vorzugsweise symmetrisch ange- ordneten Schlitzen kann der Energieeintrag weiter gesteigert werden.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass der mindestens eine Eckschlitz sich in einem Winkel von 45° zu einem Rand der Modulöffnung erstreckt. Es hat sich gezeigt, dass dieser Winkel einen guten Energieeintrag in Relation zu der Schlitzlänge bie- tet.
Es kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Eckschlitz eine Länge von 1 mm bis 2 mm aufweist. Bei Messungen hat sich gezeigt, dass bei derartigen Län- gen ein guter Energieeintrag realisiert werden kann.
Es kann vorgesehen sein, dass sich mindestens ein Parallelschlitz in einem Schlitz- bereich des äußeren Bereichs parallel zu einer Wand des Sacklochs erstreckt. Diese parallel zu dem Umfang oder den Wänden des Sacklochs oder der Modulöffnung verlaufenden Schlitze ermöglichen die zuvor beschriebenen Effekte der Feldopti- mierung. Es können ein bis vier Parallelschlitze vorgesehen sein, wobei sich jeder weitere Schlitz bei einem anderen Wandbereich der Modulöffnung in der metalli- schen Schicht erstreckt. Bereits mit einem Schlitz kann der Energieeintrag gestei- gert werden. Mit vier vorzugsweise symmetrisch angeordneten Schlitzen kann der Energieeintrag weiter gesteigert werden. Es kann ferner vorgesehen sein, dass eine Länge des mindestens einen Paral- lelschlitzes mindestens der Länge einer Wand des Sacklochs entspricht. Es hat sich gezeigt, dass dieser Zusammenhang zwischen Schlitzlänge und Seitenlänge des Sacklochs einen guten Energieeintrag bietet.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Abstand des mindestens einen Parallelschlitzes zu einer Wand des Sacklochs zwischen 0,8 mm und 1 mm beträgt. Es hat sich ge- zeigt, dass dieser Abstand einen guten Energieeintrag in Relation zu der Schlitz- länge bietet.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass auf einer der einen Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der metallischen Schicht eine weitere Kunststoffschicht aufgebracht ist und dass sich der innere Bereich der Modulöffnung in die weitere Kunststoff- schicht erstreckt. Somit ist die metallische Schicht oder der metallische Kern im Bereich der Modulöffnung vollständig durchbrochen, was die elektrischen Ver- hältnisse, insbesondere die Energieübertragung, verbessert.
Es kann vorgesehen sein, dass der Schlitzbereich des äußeren Bereichs und ein ungeschlitzter Bereich des äußeren Bereichs gleich groß sind. Diese symmetrische Anordnung der beiden Bereiche hat sich wirkungsvoll für einen guten Energieein- trag erwiesen.
Eine erfindungsgemäße Chipkarte umfasst einen Kartenkörper wie zuvor be- schrieben und ein zumindest teilweise in die Modulöffnung des Kartenkörpers eingebettetes Chipmodul mit einer Spule. Es gelten die gleichen Vorteile und Mo- difikationen wie zuvor beschrieben.
Es kann vorgesehen sein, dass das Chipmodul einen die Spule tragenden Grund- körper aufweist und dass der Grundkörper in dem äußeren Bereich der Modul- Öffnung auf der Kunststoffschicht aufliegt. So kann auf einfache Weise ein direkter elektrischer Kontakt zwischen dem Chipmodul und der metallischen Schicht ver- mieden werden. Das Chipmodul und der Kartenkörper kommunizieren lediglich über die Spulen miteinander.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass der Schlitzbereich des äußeren Bereichs und ein ungeschlitzter Bereich des äußeren Bereichs gleich groß sind und dass die Spu- le das Sackloch der Modulöffnung, den Schlitzbereich des äußeren Bereichs und den ungeschlitzten Bereich des äußeren Bereichs der Modulöffnung zu jeweils einem Drittel überdeckt. Somit können 2/3 der Windungen der Spule des Chipmoduls für den Energieeintrag genutzt werden. Gleichzeitig können 2/3 ei- ner Auflagefläche des Chipmoduls für eine mechanische Verbindung genutzt werden. Der Schlitzbereich wird doppelt genutzt, nämlich elektrisch für den Energieeintrag und mechanisch für eine stabile Lagerung des Chipmoduls.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beispielhaft beschrieben.
Fig. 1: eine Schnittdarstellung einer Chipkarte mit Kartenkörper und Chipmodul;
Fig. 2: eine Draufsicht eines Kartenkörpers für eine Chipkarte;
Fig. 3: eine untere Ansicht eines Chipmoduls; und
Fig. 4: eine schematische Darstellung des magnetischen Flusses in einem
Bereich des Chipmoduls; und Fig. 5: ein Detail der Modulöffnung der Schnittdarstellung der Chipkarte aus Figur 1.
Fig. 1 zeigt einen Kartenkörper 10 für eine Chipkarte 20. Die Chipkarte 20 umfasst hier den Kartenkörper 10 sowie ein Chipmodul 30.
Der Kartenkörper 10 umfasst eine metallische Schicht 11, zum Beispiel in Form eines Kerns oder einer Schicht aus einer Edelstahllegierung mit einer Dicke von 400 um.
Eine Hauptseite oder Oberfläche des Kartenkörpers 10 ist mit einer Kunststoff- schicht 12 bedeckt oder laminiert. Eine gegenüberliegende zweite Hauptseite oder Oberfläche des Kartenkörpers 10 ist mit einer weiteren Kunststoffschicht 13 be- deckt oder laminiert. Die beiden Kunststoff schichten 12, 13 können zum Beispiel aus PET, PC, PVC oder PP bestehen und eine Dicke von 200 μm haben. Die Dicke des Kartenkörpers 10 sollte die maximale Dicke eines Chipkartenkörpers gemäß ISO 7810 nicht übersteigen.
Eine Modulöffnung 14 ist in der Hauptseite oder Oberfläche des Kartenkörpers 10 ausgenommen. Die Modulöffnung 14 erstreckt sich durch die gesamte Kunststoff- schicht 12, die gesamte metallische Schicht 11 sowie einen Teil der Kunststoff- schicht 13. Die Modulöffnung 14 wird beispielsweise mittels eines Laserarbeits- ganges oder Fräsarbeitsganges erstellt.
Die Modulöffnung 14 hat einen in der Kunststoffschicht 12 und der metallischen Schicht 11 ausgenommenes Sackloch 14a und einen das Sackloch 14a umgebenden äußeren Bereich 14b, der nur zu einem Teil der Höhe der Kunststoffschicht 12 in dieser ausgenommen ist. Das Chipmodul 30 ist in der Modulöffnung 14 angeordnet und dort zum Beispiel verklebt. Das Chipmodul 30 umfasst einen Grundkörper 31, der die Spule 32 trägt. Der Grundkörper 31 liegt in dem äußeren Bereich 14b der Modulöffnung 14 auf der Kunststoff schicht 12 auf.
Das Chipmodul 30 umfasst ferner einen Chip 33, der zum Beispiel in einer Ver- gussmasse an einer Unterseite des Grundkörpers 31 befestigt ist. Über die Spule 32 wird der Chip 33 mit Energie und/ oder Signalen versorgt. So kann ein aus der metallischen Schicht 11 austretendes elektromagnetisches Feld in die Spule 32 ein- gekoppelt werden.
In Fig. 2 ist ein Kartenkörper 10 in Draufsicht dargestellt. In der metallischen Schicht 11 ist ein Schlitz 15 vorgesehen, der sich von einer Außenkante der metal- lischen Schicht 11 zu der Modulöffnung 14 erstreckt. In der Figur 2 ist der Schlitz 15 auf einer linken Seite dargestellt, der Schlitz 15 kann auch an einer rechten Seite des Kartenkörpers 10 angeordnet sein. Der Schlitz 15 dient zur Vermeidung von Wirbelströmen.
Der Schlitz 15 hat zum Beispiel eine Breite zwischen 30 μm und 100 μm, bevorzugt zwischen 50 μm und 80 μm. Der Schlitz 15 dient zur Verhinderung von Wirbel- strömen in der Umgebung der Modulöffnung 14 und ist daher in der metallischen Schicht 11 ausgebildet. Der Schlitz 15 wird üblicherweise in der metallischen Schicht 11 ausgebildet, bevor dieser mit den Kunststoffschichten 12 und 13 lami- niert wird. Daher ist es üblich, dass der Schlitz 15 lediglich in der metallischen Schicht 11 verläuft und nicht in den Kunststoffschichten 12 und 13.
In der metallischen Schicht 11 ist mindestens ein Eckschlitz 16 vorgesehen, der sich ausgehend von einem Eckbereich des Sacklochs 14a in einen Schlitzbereich 14c des äußeren Bereichs 14b hinein erstreckt. In diesem Beispiel sind vier Eck- schlitze 16 vorgesehen, die sich jeweils in einem Winkel von 45° zu einem Rand der Modulöffnung 14 erstrecken. Jeder der Eckschlitze 16 hat eine Länge von 1 mm bis 2 mm.
In der metallischen Schicht 11 ist weiter mindestens ein Parallelschlitz 17 in einem Schlitzbereich 14c des äußeren Bereichs 14b vorgesehen, der sich parallel zu einer Wand des Sacklochs 14a erstreckt. Eine Länge des Parallelschlitzes 17 entspricht mindestens der Länge einer Wand des Sacklochs 14a. Der Abstand des Paral- lelschlitzes 17 zu einer Wand des Sacklochs 14a beträgt zwischen 0,8 mm und 1 mm. In diesem Beispiel sind vier Parallelschlitze 17 vorgesehen, die jeweils paral- lel zu einer der vier Wände des Sacklochs 14a verlaufen.
Die einzelnen Parallelschlitze 17 und Eckschlitze 16 sind getrennt voneinander ausgebildet, so dass sie außerhalb des Sacklochs 14a keine Verbindung miteinan- der haben. Die Parallelschlitze 17 und Eckschlitze 16 können in jeder Kombination ausgebildet sein. So ist es möglich, nur Parallelschlitze 17, nur Eckschlitze 16 oder beide Schlitzarten vorhanden sind. Für jede der beiden Schlitzarten können ein, zwei, drei oder vier Schlitze in dem Schlitzbereich 14c vorgesehen sein.
Die Modulöffnung 14 hat in diesem Beispiel eine Abmessung von 8 mm mal 9 mm und eine Tiefe von etwa 250 |im.
Fig. 3 zeigt eine untere Ansicht des Chipmoduls 30 mit einem zentralen Kontakt- bereich 34 für den Anschluss der hier nicht dargestellten Chips oder einer inte- grierten Schaltung. Die Windungen der Spule 32 umgeben den Kontaktbereich 34. In diesem Beispiel hat die Spule 32 fünfzehn Windungen. Die Spule 32 dient zu der Übertragung von Signalen und/oder dem Eintrag von Energie für den Chip des Chipmoduls. Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des magnetischen Flusses in einem Be- reich des Chipmoduls 30. Die Spule 32 ist mit ihren einzelnen Windungen 35 zum Beispiel auf einem Modultape 36 angeordnet.
In diesem Beispiel liegen zwei Windungen in der Modulöffnung 14 und sind so- mit nicht von der Abdeckung des Metalls betroffen. Bei den nächsten drei Win- dungen wird durch die Parallelschlitze 17 und/oder die Eckschlitze 16 die Wir- belstrombildung minimiert. Die restlichen beiden Windungen sind von den Dämpfungseigenschaften des Metallkörpers oder der metallischen Schicht 11 komplett betroffen.
Fig. 4 zeigt den Verlauf des magnetischen Flusses 37 um die einzelnen Windungen 35 der Spule 32. Während im Bereich der Modulöffnung 14 oder des Sacklochs 14a eine magnetische Kopplung zwischen den einzelnen Windungen 35 entsteht und somit die Güte der Spule 32 erhöht wird, wird im Bereich des Metallkörpers die Kopplung unterdrückt. Die Ausbildung des magnetischen Flusses 37 ist zudem gestaucht und der magnetische Fluss 37 erzeugt zudem Wirbelströme im Metall- körper. Dies bedeutet, dass die auf genommene Energie durch die erzeugten Wir- belströme verloren geht.
Durch die Parallelschlitze 17 und/oder die Eckschlitze 16 wird der unterdrücken- de Einfluss der metallischen Schicht 11 auf gehoben oder zumindest verringert. Hier findet eine magnetische Kopplung zwischen den einzelnen Windungen 35 statt, wodurch der Energieeintrag erhöht wird.
Fig. 5 zeigt ein Detail der Modulöffnung 14 der Schnittdarstellung der Chipkarte 20 aus Figur 1. Dar gestellt ist die Modulöffnung 14 in der Kunststoff schicht 12, der metallischen Schicht 11 und der Kunststoffschicht 13. Die Modulöffnung 14 hat ein Sackloch 14a und einen das Sackloch 14a umgebenden äußeren Bereich 14b, der nur zu einem Teil der Höhe der Kunststoff schicht 12 in dieser ausgenommen ist.
In der metallischen Schicht 11 ist hier ein Eckschlitz 16 dar gestellt, der sich ausge- hend von einem Eckbereich des Sacklochs 14a in einen Schlitzbereich 14c des äu- ßeren Bereichs 14b hinein erstreckt. Der Eckschlitz 16 erstreckt sich in einem Win- kel von 45° zu einem Rand der Modulöffnung 14 und hat eine Länge von 1 mm bis 2 mm. In dem Schlitzbereich 14c des äußeren Bereichs 14b verläuft ebenfalls ein hier nicht dar gestellter Parallelschlitz.
Der Schlitzbereich 14c des äußeren Bereichs 14b und ein verbleibender, unge- schützter Bereich des äußeren Bereichs 14b sind in diesem Beispiel gleich groß. Der verbleibende, ungeschlitzte Bereich des äußeren Bereichs 14b umgibt dabei den Schlitzbereich 14c des äußeren Bereichs 14b. Es hat sich gezeigt, dass diese Anordnung einen guten Kompromiss zwischen mechanischer Stabilität und elektrischer Leistungsfähigkeit des Chips darstellt.
Weiterhin können der Schlitzbereich 14c des äußeren Bereichs 14b und der ver- bleibende, ungeschützte Bereich des äußeren Bereichs 14b gleich groß sein und die Spule 32 kann das Sackloch 14a der Modulöffnung 14, den Schlitzbereich 14c des äußeren Bereichs 14b und den verbleibenden, ungeschlitzten Bereich des äußeren Bereichs 14b der Modulöffnung 14 zu jeweils einem Drittel überdecken. Auch bei dieser Anordnung hat sich gezeigt, dass sie einen guten Kompromiss zwischen mechanischer Stabilität und elektrischer Leistungsfähigkeit des Chips darstellt. Die Leistungsfähigkeit des Chips und damit der Chipkarte hängt davon ab, wie schnell ein Mindestbetrag der magnetischen Feldstärke an der Spule 32 aufgebaut werden kann und wie schnell diese ansteigt.
Ab einem bestimmten Mindestbetrag der magnetischen Feldstärke an der Spule 32 ist der Energieeintrag für einen Betrieb des Chips ausreichend. Dieser Mindestbe- trag kann zum Beispiel bei 1,5 Ampere pro Meter (A/ m) liegen. Je schneller dieser Mindestbetrag erreicht ist, umso eher ist die Chipkarte funktionsbereit. Die Eck- schlitze 16 und die Parallelschlitze 17 begünstigen die Ausbreitung des elektro- magnetischen Felds zu der Spule 32, so dass der Mindestbetrag der magnetischen Feldstärke an der Spule 32 schnell erreicht werden kann. Zugleich verringern die Eckschlitze 16 und die Parallelschlitze 17 die Ausbildung von Wirbelströmen, was den Energieeintrag in die Chipkarte weiter verbessert.
Der Anstieg der magnetischen Feldstärke an der Spule 32 bestimmt, wann der Chip seine maximale Leistungsfähigkeit erreicht. Üblicherweise ist ein Sättigungs- bereich vorhanden, in dem die Leistungsfähigkeit des Chips trotz steigender mag- netischer Feldstärke nicht weiter ansteigt. Die Leistungsfähigkeit des Chips kann zum Beispiel in Rechenoperationen pro Zeiteinheit wie einer Sekunde angegeben werden. Auch hier begünstigen die Eckschlitze 16 und die Parallelschlitze 17 den Anstieg des elektromagnetischen Felds an der Spule 32, da die Eckschlitze 16 und die Parallelschlitze 17 eine bessere und schnellere Ausbreitung des elektromagne- tischen Felds und damit der magnetischen Feldstärke an der Spule 32 ermögli- chen.
Insgesamt wird mit den Eckschlitzen 16 und den Parallelschlitzen 17 und der da- mit verbundenen kleineren Modulöffnung 14 ein besserer Energieeintrag oder eine bessere Energieeinkopplung erreicht als mit einer größeren Modulöffnung mit den Gesamterstreckung der kleineren Modulöffnung 14 plus den Eckschlitzen 16 und den Parallelschlitzen 17.
Somit kann mittels der kleineren Modulöffnung 14 mit den Eckschlitzen 16 und den Parallelschlitzen 17 eine erhöhte Chipperformance bei gleichzeitig erhöhter mechanischer Stabilität erzielt werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Kartenkörper (10) für eine Chipkarte (20), umfassend eine Modulöffnung (14) zum Aufnehmen eines Chipmoduls (30) mit einer Spule (32), mit einer metal- lischen Schicht (11) mit einem Schlitz (15), der sich von einer Außenkante der me- tallischen Schicht (11) zu der Modulöffnung (14) erstreckt, und mit einer Kunststoff schicht (12), die auf einer Seite der metallischen Schicht (11) aufgebracht ist, wobei die Modulöffnung (14) ein in der Kunststoffschicht (12) und der me- tallischen Schicht (11) ausgenommenes Sackloch (14a) und einen das Sackloch (14a) umgebenden äußeren Bereich (14b) umfasst, der nur zu einem Teil der Höhe der Kunststoffschicht (12) in dieser ausgenommen ist, wobei in der metallischen Schicht (11) in dem äußeren Bereich (14b) min- destens ein weiterer Schlitz (16, 17) vorgesehen ist.
2. Kartenkörper (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens ein Eckschlitz (16) in einem Schlitzbereich (14c) des äußeren Bereichs (14b) von einem Eckbereich des Sacklochs (14a) ausgehend erstreckt.
3. Kartenkörper (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Eckschlitz (16) sich in einem Winkel von 45° zu einem Rand der Modulöffnung (14) erstreckt.
4. Kartenkörper (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Eckschlitz (16) eine Länge von 1 mm bis 2 mm aufweist.
5. Kartenkörper (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens ein Parallelschlitz (17) in einem Schlitzbe- reich (14c) des äußeren Bereichs (14b) parallel zu einer Wand des Sacklochs (14a) erstreckt.
6. Kartenkörper (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge des mindestens einen Parallelschlitzes (17) mindestens der Länge einer Wand des Sacklochs (14a) entspricht.
7. Kartenkörper (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand des mindestens einen Parallelschlitzes (17) zu einer Wand des Sack- lochs (14a) zwischen 0,8 mm und 1 mm beträgt.
8. Kartenkörper (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer der einen Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der metallischen Schicht (11) eine weitere Kunststoffschicht (13) aufgebracht ist und dass sich das Sackloch (14a) der Modulöffnung (14) in die weitere Kunststoff- schicht (13) erstreckt.
9. Kartenkörper (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitzbereich (14c) des äußeren Bereichs (14b) und ein ungeschützter Bereich des äußeren Bereichs (14b) gleich groß sind.
10. Chipkarte (20), umfassend einen Kartenkörper (10) nach einem der Ansprü- che 1 bis 9 und ein zumindest teilweise in die Modulöffnung (14) des Kartenkör- pers (10) eingebettetes Chipmodul (30) mit einer Spule (32).
11. Chipkarte (20) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Chipmodul (30) einen die Spule (32) tragenden Grundkörper (31) auf weist und dass der Grundkörper (31) in dem äußeren Bereich (14b) der Modulöffnung (14) auf der Kunststoffschicht (12) aufliegt.
12. Chipkarte (20) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitzbereich (14c) des äußeren Bereichs (14b) und ein ungeschlitzter Bereich des äußeren Bereichs (14b) gleich groß sind und dass die Spule (32) das Sackloch (14a) der Modulöffnung (14), den Schlitzbereich (14c) des äußeren Bereichs (14b) und den ungeschützten Bereich des äußeren Bereichs (14b) der Modulöffnung (14) zu jeweils einem Drittel überdeckt.
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